(57)【要約】【課題】プレスフィット端子や基板のスルーホールのめっきプロセスが複雑になったりせず、プレスフィット接続した後に加熱溶融工程等の後工程を追加する必要がなく、接続が安定していると同時に長期に渡り基板の絶縁性能を低下させず、良好な保持力を有するプレスフィット端子と基板の接続構造を提供する。【解決手段】基板２のスルーホール３にプレスフィット端子１が圧入状態で挿入されてなるプレスフィット端子１と基板２の接続構造において、プレスフィット端子１の少なくとも基板挿入部分に端子めっき層４が設けられ、スルーホールの少なくともプレスフィット端子接合部分にスルーホールめっき層５が設けられ、端子めっき層４とスルーホールめっき層５の金属に相互溶解度の高い組み合わせを選択した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のスルーホールにプレスフィット端子が圧入状態で挿入されてなるプレスフィット端子と基板の接続構造において、プレスフィット端子の少なくとも基板挿入部分に端子めっき層が設けられ、スルーホールの少なくともプレスフィット端子接合部分にスルーホールめっき層が設けられ、端子めっき層とスルーホールめっき層の金属に相互溶解度の高い組み合わせを選択してなることを特徴とするプレスフィット端子と基板の接続構造。
【請求項２】
端子めっき層が、Ｓｎリフローめっきであることを特徴とする請求項１記載のプレスフィット端子と基板の接続構造。
【請求項３】
プレスフィット端子の表面にコンタクトオイルを塗布してスルーホールに挿入してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレスフィット端子と基板の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレスフィット端子をプリント配線板等の基板のスルーホールに圧入してなるプレスフィット接続において、より高い保持力を確保できるプレスフィット端子と基板の接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線板等の基板に端子を固定する方法として、基板に設けられたスルーホールにプレスフィット端子を挿入し、半田付けを行わずに機械的にこの端子を固定するプレスフィット接続が知られている。
【０００３】
プレスフィット接続は、基板のスルーホール径に対し若干幅広に形成されているプレスフィット端子をスルーホールに圧入することにより、両者の間に機械的な接触荷重を発生させ、良好な電気的接続を得るものである。
【０００４】
プレスフィット端子とスルーホールの接触部に適切な接触荷重を発生させるために、プレスフィット端子はバネ性を持たせた端子形状、所謂「コンプライアントピン形状」に設計することが一般に行われる。ここで「適切な接触荷重」とは、長期間に渡って安定した低接触抵抗を確保でき、且つ基板に白化や層間剥離等のダメージを与えない荷重を意味する。
【０００５】
また基板は、一般にガラス繊維を縦横に組み合わせエポキシ樹脂を含浸させたシートが積層され、導電部材による配線回路パターンとスルーホールが設けられている。このスルーホールにはめっきが施されていて、配線回路パターンに電気的に接続されている。
【０００６】
プレスフィット接続は、スルーホールにプレスフィット端子を挿入する際は、基板やスルーホールのめっきにダメージを与えない程度の挿入力に抑える必要がある。そし挿入後は、プレスフィット端子が熱サイクルや機械的振動によってスルーホールから抜けることのない保持力（端子抜け）を確保する必要がある。プレスフィット接続では、一般的に挿入力と保持力とのバランスを最適化するように、端子のバネ設計（材質、形状等）が行われている。
【０００７】
従来、プレスフィット端子の表面に硬質粒子を有する複合めっきを施し、基板のスルーホールと端子との間に物理的なアンカー効果を与えてプレスフィット端子の挿入後の保持力を高くする方法（特許文献１参照）、プレスフィット端子或いは基板のスルーホールのいずれか一方に、表面が粗面化される金めっきを施す方法や、プレスフィット端子及び基板の界面に金粒子を介在させて圧入する方法や、プレスフィット端子をスルーホールに圧入した後で界面の半田粒子を加熱溶融させる方法（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２２７８００号公報
【特許文献２】特開平８−１５３９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献に記載された従来技術は、めっきの工程が複雑になったり、プレスフィット接続の後に加熱溶融する工程などを追加する必要があるという問題があった。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、プレスフィット端子や基板のスルーホールのめっきプロセスが複雑になったりせず、プレスフィット接続した後に加熱溶融工程等の後工程を追加する必要がなく、接続が安定していると同時に長期に渡り基板の絶縁性能を低下させず、良好な保持力を有するプレスフィット端子と基板の接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明のプレスフィット端子と基板の接続構造は、基板のスルーホールにプレスフィット端子が圧入状態で挿入されてなるプレスフィット端子と基板の接続構造において、プレスフィット端子の少なくとも基板挿入部分に端子めっき層が設けられ、スルーホールの少なくともプレスフィット端子接合部分にスルーホールめっき層が設けられ、端子めっき層とスルーホールめっき層の金属に相互溶解度の高い組み合わせを選択してなることを要旨とするものである。
【００１２】
上記本発明のプレスフィット端子と基板の接続構造において、端子めっき層が、Ｓｎリフローめっきであることが好ましい。
【００１３】
上記本発明のプレスフィット端子と基板の接続構造において、プレスフィット端子の表面にコンタクトオイルを塗布してスルーホールに挿入することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明に係るプレスフィット端子と基板の接続構造によれば、プレスフィット端子や基板のスルーホールのめっきプロセスが複雑になったりせず、しかもプレスフィット接続した後に加熱溶融工程等の後工程を追加する必要がなく、接続が安定していると同時に長期に渡り基板の絶縁性能を低下させず、良好な保持力が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明のプレスフィット端子と基板の接続構造は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、プレスフィット端子１が、基板２の導電性を有するスルーホール３に圧入状態で挿入されるものである。
【００１６】
プレスフィット端子１は、図１（ａ）に示すように先端側が案内部１１として先細状に形成され、後端側が他の端子（図示しない）に装着するための取付部１２として形成され、前記案内部１１と取付部１２の間が、スルーホール３の内部と接触して電気的に接続する接続部１３として形成されている。また、プレスフィット端子１の表面にはめっきが施されて端子めっき層４が設けられている。なお、端子めっき層４は、少なくとも基板挿入部分に設けられていれば良く、プレスフィット端子の全体に設けられていても良い。
【００１７】
基板２は表面に各種導電路（特に図示しない）が形成されていると共に、図１（ａ）に示すように基板２を貫通するスルーホール３が複数設けられている。このスルーホール３の内周面及び開口周縁には、スルーホールめっき層５が形成されている。なお、スルーホールめっき層５は、少なくともスルーホール３の端子接合部に設けられていて、基板２表面の導電路と接続するように形成されていれば良い。
【００１８】
図１（ａ）に示すようにプレスフィット端子１は、接続部１３の幅（以下、端子幅と云うこともある）が、スルーホール３の径よりも大きく形成されている。図１（ｂ）に示すように、プレスフィット端子１を基板２のスルーホール３に挿入した際に、端子幅が小さくなるように変形して、スルーホール３に圧入状態で挿入される。プレスフィット端子１の端子めっき層４が、基板２のスルーホールめっき層５と接触してプレスフィット端子１と基板２が電気的に接続する。プレスフィット端子１は、銅合金などの導電性に優れた金属線をプレス加工することにより形成された端子母材に、金属めっきを施して得られる。
【００１９】
プレスフィット端子１の端子めっき層４と基板２のスルーホールめっき層５は、めっきの金属に相互溶解度の高い組み合わせを選択してなる。端子めっき層４とスルーホールめっき層５の金属として、相互溶解度が高い組み合わせを選択したことで、スルーホール３とプレスフィット端子１の界面で金属凝着が生じ、高い保持力が得られる。
【００２０】
図２は金属の組み合わせと相互溶解度の関係を示す表である。相互溶解度の高い金属の組み合わせとは、具体的には、図２に示す表の中で相互溶解度が０．１％以上となる金属の組み合わせを選択することである。好ましくは、図２の表中の相互溶解度が１％以上となる金属の組み合わせを選択することで、より優れた保持力を得ることができる。
【００２１】
具体的な、めっき層の金属の相互溶解度が高い組み合わせは、例えば端子めっき層４としてＳｎめっきを施したプレスフィット端子１を用いる場合、図２において、ＳｎとＡｕの組み合わせ、及びＳｎとＡｇの組み合わせの相互溶解度は１％以上であり、ＳｎとＳｎの組み合わせの相互溶解度は１００％である。すなわち、スルーホールめっき層５として、Ａｕめっき、Ａｇめっき、又はＳｎめっき等を選択すれば良い。
【００２２】
端子めっき層４とスルーホールめっき層５は、通常のめっき方法により形成することができる。この場合、表面に硬質粒子を有する複合めっき等のような特殊なめっき方法は不要である。また、プレスフィット端子を基板に接続する際に、プレスフィット端子１を基板２のスルーホール３に挿入した後に、半田などを加熱溶融させる特殊な工程などが不要であり、単にプレスフィット端子を基板のスルーホールに圧入するだけの簡単な方法で接続することができる。
【００２３】
なお金属の凝着力が高くなると、挿入後の保持力が良好になるが、プレスフィット端子１を挿入する際の滑り性が低下して、挿入力が大きくなり、基板に対してダメージを与えることが懸念される場合がある。その場合には、プレスフィット端子１の表面にコンタクトオイルを塗布してスルーホール３に挿入することが好ましい。コンタクトオイルの塗布により、プレスフィット端子１のスルーホール３に挿入する際の挿入力を低減させることができる。
【００２４】
端子めっき層４としてはＳｎめっきが好ましい。またスルーホールめっき層５としては、Ａｕめっき、Ａｇめっき、又はＳｎめっき等が好ましい。
【００２５】
なお端子めっき層４にＳｎめっきを用いたプレスフィット端子１をスルーホール３に圧入した際、端子めっき層４のめっきが削れてしまう所謂めっき削れが生じることがある。この場合、端子めっき層４としてＳｎリフローめっきを用いることで、めっき削れが良好に防止できる。
【００２６】
Ｓｎリフローめっきの工程は下記の通りである。まず母材表面に下地めっき層を形成する。次いで、下地めっき層の上にＳｎめっき層を形成する。しかる後、熱処理を行い上記めっき層をリフローさせ、下地めっき金属とＳｎとの合金層を形成するものである。このように形成することで、合金層の最表面から数ｎｍないし５０ｎｍの範囲に、合金化されていないＳｎ層が島状に点在するように形成される。また、リフロー工程における熱処理温度は、２００℃〜３００℃程度の温度で行うのが好ましい。
【００２７】
Ｓｎリフローめっきの場合、めっき層の厚みは、熱処理前の厚みとして０．１μｍ〜０．７μｍに形成するのが好ましい。上記範囲内であれば、プレスフィット端子の接続部表面に均質なめっき層を形成することが可能であると共に、合金化されていないＳｎを良好に島状に点在させることができる。また、下地めっき層は、二層以上に形成してもよい。
【００２８】
プレスフィット端子１は、例えば銅合金等の導電性に優れた金属線を所定の形状に打ち抜き加工して端子母材を形成し、端子母材にめっきを施すことで形成することができる。端子母材の打ち抜き加工では、全体が均一な厚みに形成されるが、必要な箇所にプレス加工等を施して部分的に厚みを変えても良い。
【００２９】
図１に示す態様のプレスフィット端子１の端子母材の形状はニードルアイ型であるが、端子母材の形状は、特にこの形状に限定されず、スルーホールに圧入可能な形状であれば良い。スルーホールに圧入可能なプレスフィット端子の形状としては、例えば、接続部の断面形状が挿入時に変形しないソリッド型、接続部の断面形状が挿入時に変形するように形成されたＣ型、Ｍ型、Ｎ型、Ｈ型等が挙げられる。
【００３０】
本発明のプレスフィット端子と基板の接続構造は、各種の制御基板の接続構造として利用できるが、自動車、産業機器等の高振動、高温、高湿等の過酷な環境下で使用される電気配線における電線基板同士の接続に用いた場合、過酷な条件においても長期に渡り高い信頼性を有する接続構造として最適に利用することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例、比較例である。
実施例１
プリント配線板として、スルーホールに厚み２５〜５０μｍの下地Ｃｕめっき層と、その表面に厚み０．１〜０．３μｍの置換Ａｇめっき層とを設けたものを用いた。一方、プレスフィット端子としては、表面に下地Ｎｉめっき、Ｓｎめっきを順次行った後、リフロー処理を行って、厚み１〜１．３μｍの下地Ｎｉめっき層、及び厚み０．３〜０．５μｍの薄Ｓｎリフローめっき層を形成したものを用いた。この組み合わせでは、プレスフィット端子の端子めっき層のＳｎと、基板のスルーホールめっき層のＡｇの相互溶解度は１％以上である。
【００３２】
比較例１
表面に厚み１〜１．３μｍのＮｉめっきを施したプレスフィット端子を用いた以外は実施例１と同様にして行った。プレスフィット端子の端子めっき層のＮｉと、基板のスルーホールめっき層のＡｇの相互溶解度は０．１％未満である。
【００３３】
実施例１及び比較例１のプレスフィット端子を６５ピンのコネクタ形態にアッセンブリーし、プリント配線板に２ｍｍ／秒の速度で圧入して、コネクタ挿入を行った。また、実施例１及び比較例１のプレスフィット端子を単ピンでプリント配線板に対して５０ｍｍ／分の速度で圧入して、単ピン挿入を行った。なお、プレスフィット端子の圧入は、プリント配線板のスルーホール径がφ０．９５、φ１．０、φ１．１、φ１．２、及びφ１．２５の５種類について行った。
【００３４】
実施例１及び比較例１のプレスフィット端子を実際にプリント配線板のスルーホールに圧入した後の保持力について評価した。試験は図３に示すように、コネクタ挿入及び単ピン挿入を行った各々のプリント配線板について、押し出し装置６によりプレスフィット端子１の先端の案内部１１側を矢印ＰＯ方向に押し出し、その時の最大荷重をプレスフィット端子の保持力とした。この時の押し出し速度は１０ｍｍ／ｍｉｎである。
【００３５】
図４にコネクタ挿入の場合の保持力の測定結果のグラフを示し、図５に単ピン挿入の場合の保持力のグラフを示した。図４及び図５のグラフにおいて、各点は保持力の平均値であり、測定値の最大値及び最小値を横線で示し、測定値の幅を縦線で示した。
【００３６】
図４及び図５のグラフは、横軸にスルーホール径を示し、縦軸に保持力を示したものである。図４及び図５のグラフに示すように、Ｎｉめっき端子を用いた比較例１よりもＳｎめっき端子を用いた実施例１が、いずれの挿入形態において保持力が高い結果が得られた。これは端子めっき層４とスルーホールめっき層５の金属に相互溶解度の高い組み合わせを選択することで、良好な保持力が得られることを示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のプレスフィット端子と基板の接続構造を示すものであり、（ａ）は接続前の状態を示す説明図であり、（ｂ）は接続後の状態を示す説明図である。
【図２】金属の相互溶解度を示す表である。
【図３】保持力測定方法を示す説明図である。
【図４】コネクタ挿入の場合の保持力測定結果を示すグラフである。
【図５】単ピン挿入の場合の保持力測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１  プレスフィット端子
２  基板
３  スルーホール
４  端子めっき層
５  スルーホールめっき層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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